La caractérisation de poudres métalliques : un enjeu stratégique pour les industriels

 

Poudres métalliques : de la rhéologie à la performance de matériaux élaborés

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Complémentaire aux procédés de fabrication traditionnels basés sur l’enlèvement de matière, la fabrication additive permet aujourd’hui de bénéficier d’une liberté de conception inégalée et d’une exceptionnelle rapidité de mise en œuvre. Elle répond à de nombreuses applications dans des marchés très exigeants tels que l’aéronautique, le médical, le spatial, la défense, …

La fabrication additive consiste à élaborer une pièce par empilement successif de poudres la plupart du temps métallique, mise en fusion par un faisceau (laser ou électrons par exemple).

 

Ce procédé de fabrication est sensible aux variations de tailles et de formes des particules de poudre métallique utilisées en tant que matière première ou matière recyclée. En effet, ces caractéristiques géométriques conditionnent notamment son étalement lors du procédé mais également son niveau de compaction permettant de limiter les interstices.

Pour garantir la qualité des pièces élaborées, les poudres métalliques doivent donc répondre à de nombreuses exigences afin d’atteindre les performances attendues. Intégrés notamment dans la norme NF E 67-010 présentant les spécifications techniques des poudres métalliques pour les applications de fabrication additive, les paramètres régulièrement appréciés sont :

 

  • la granulométrie réalisée généralement par granulométrie laser suivant la norme ISO 13320 et permettant d’accéder à la distribution granulométrique avec détermination des paramètres caractéristiques (d10, d50, d90),
  • la coulabilité caractérisée par un temps d’écoulement au moyen d’un entonnoir calibré de type cône de Hall suivant la norme ISO 4490 et ASTM B 213 ou cône de Carney suivant la norme ASTM B 964,
  • la densité apparente et la densité tassée permettant de caractériser par effet mécanique l’aptitude d’une poudre à s’organiser en chassant l’air entre les grains. Ces essais sont réalisés à l’aide d’un voluménomètre de tassement suivant la norme ASTM B 527 et ISO 3953. L’indice de Hausner correspond au ratio de la densité tassée et de la densité apparente,
  • la densité vraie déterminée par pycnométrie selon la norme ISO 12154 ou ASTM B 923. Cette grandeur permet notamment de déterminer par calcul à l’aide de la densité théorique (d’un matériau massif par exemple) le taux de porosité interne, 
  • la morphologie qualifiée par Microscopie Electronique à Balayage (MEB-FEG) et Microscopie Optique afin d’apprécier la granulo-morphologie, la sphéricité, le satellitage (poudre de petit diamètre agglomérée sur de la poudre de grand diamètre pour les matières recyclées),
  • le taux d’humidité déterminée par gravimétrie après séchage selon la norme ASTM E 1868,
  • la composition chimique des poudres métalliques. Elle est déterminée par des techniques spectroscopiques comme l’ICP-AES et l’ICP-MS et des techniques d’analyses élémentaires après combustion pour la quantification des éléments C, S, N, O et H.

 

Le respect des exigences associées à ces différentes caractéristiques permet à la poudre métallique de générer sur la pièce élaborée, un faible taux de défaut (porosité, inclusion, …) et un haut niveau de compacité, synonymes d’excellentes propriétés mécaniques.

 

L’analyse de poudres métalliques : pourquoi faire appel à FILAB ?

 

Présentant une expérience significative dans la mise en œuvre de ces différentes techniques, FILAB vous accompagne dans le cadre de vos besoins d’analyses de poudres métalliques et d’expertises associées aux activités de fabrication additive :

  • Analyse de la composition chimique des poudres métalliques par ICP-AES, ICP-MS et/ou par analyseur élémentaire C/S, O/N, H...
  • Analyse granulométrique par granulométrie laser selon la norme ISO 13320
  • Analyse de surface spécifique par BET
  • Mesure de coulabilité selon les normes ASTM B213, ISO 4490, ASTM B964,
  • Mesure de la densité selon les normes ASTM B527, ISO 3953,
  • Analyse morphologique par MEB- FEG EDX ou Microscopie Optique
  • NOUVEAU A FILAB ! Agrément SAFRAN selon le cahier des charges Ma0015. Depuis quelques jours, SAFRAN a élargi la portée de notre agrément à la caractérisation chimique et physique des poudres métalliques ! Cet reconnaissance marque une nouvelle fois notre savoir-faire de caractérisation et d’expertise pour les poudres métalliques afin de répondre plus rapidement et avec fiabilité aux besoins de nos clients.

 

Pour plus d’informations, contactez notre expert Emmanuel Buiret, responsable Expertise Matériaux, sur contact@filab.fr

 

Granulémotérie laser

 

 

 

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